ガソリン直噴エンジン

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ガソリン直噴エンジン（ガソリンちょくふんエンジン、直噴ガソリンエンジンとも）とは、シリンダー内にガソリンを直接噴射するガソリンエンジンのことである。

[編集] 概要

およそ50から120気圧という高圧でガソリンをエンジンの圧縮行程でインジェクターから高圧のシリンダー内に燃料を噴射し、一般的にシリンダー内の気流（タンブル旋回流又は、スワール旋回流）を利用し点火プラグ付近に燃焼可能な混合比の層（成層燃焼）を形成することでシリンダー内全体としては空燃比20:1から55:1の超希薄燃焼を可能にしている。又、成層燃焼中は、EGR（排出ガス再循環装置）を導入しても燃焼の悪化が殆んど無い為大量のEGRが導入することが可能となり、ポンピングロスの低減に非常に有効である。同時にEGRを導入する事により燃焼温度が低く抑えられ、NOx（窒素酸化物）の排出量を低減できる。従来のシリンダーに空気との混合気を作ってから噴射する方式に比べて省燃費化している。また、高負荷時は出力空燃比（12:1）付近での燃焼（均質燃焼）へ切り替えて吸入行程でガソリンを噴射する。この際、ガソリンの気化熱によりシリンダー内の吸気が冷却されることで充填効率の向上、点火時期の進角、高圧縮比化が可能となり高出力が得られる。燃焼モード切替時（超希薄燃焼⇔理論空燃費）には必要とする吸入空気量に大きな差があり、また切り替え時にトルク変動を伴う為アクセルペダル操作とスロットルバルブ開度をバイワイヤー化した電子制御スロットルを用いる場合が殆どである。

しかし、希薄燃焼は窒素酸化物のエンジン直後の排出量は少ないものの、排出ガス中に酸素余剰状態の為三元触媒でのNOx還元作用がほぼ期待出来ない為結果的に大気中へのNOx排出量を増加させるので、近年では希薄燃焼を行わずに理論空燃比下での燃焼のみを行い燃費や出力の向上だけでなく低排出ガス化を図ったガソリン直噴エンジンが増えた。またターボチャージャーなどの過給器との相性が良く、それらと組み合わせる事によって高出力化と低燃費化と低公害化を同時に実現する事が出来る。直噴エンジンはエンジンの正確なトルク制御が容易である為、CVT（無段階変速装置）と組み合わせた場合にも、その正確なトルク制御のおかげでCVTベルトクランプ力を最低限に出来るメリットが有り、燃費向上に有効である。

ガソリン直噴エンジンはコストのかかる専用のインジェクターや噴射ポンプを必要とするためにエンジン全体のコストを押し上げている。これはインジェクターが筒内圧に耐えなければならないこと、噴射圧が高圧であること、特殊なノズル形状を使用する場合があることなどに起因する。直噴でない燃料噴射装置はこの必要が無く、安価にできる。

筒内直噴ガソリンエンジンと言うくくりならば第二次世界大戦中にダイムラーベンツにより航空機用として製作されたものがある。現代の自動車用エンジンとは異なり主目的は高ブースト圧状態での高出力化のためであった。

代表的なガソリン直噴エンジンには三菱自動車工業のGDIやトヨタ自動車のD-4、本田技研工業のi-VTEC I、日産自動車のNEO Diなどがある。

[編集] 歴史

第二次世界大戦中においてドイツで航空機用エンジン用に使われる。
1954年：メルセデス・ベンツ・300SLにおいてガソリン直噴エンジンが使用される。これが市販乗用車初のインジェクション車でもあった。航空機用技術の流用であった。
1996年：三菱自動車がGDIエンジンを成層燃焼とともに実用化する。全車GDI化を目指し発表したものの、高い製造コストそして期待されたほど燃費性能が発揮されないことから静かに全面撤退を行った。
以後、トヨタ、日産および外国車においてもガソリン直噴エンジンが普及する。一方で排ガス規制の強化にともない希薄燃焼、成層燃焼（いわゆるリーンバーン）を採用するエンジンは減っていく。
2003年：ホンダが排ガス規制強化後、成層燃焼を可能にしたi-VTEC Iを採用する。